KR20090007560A - 윤활성 코팅제 - Google Patents
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Abstract
코팅제는 서로 부분적으로 융합된 금속 코팅된 고체 윤활제 입자들을 포함한다. 제 2 층은 제 1 층의 표면 토파그라피에 일치하는 금속 또는 복합재를 포함한다.
코팅제, 윤활제, 기판, 금속 코팅
Description
본 발명은 그 개시물이 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합되는 "유리 전구를 제조하는데 사용되는 부품을 위한 마모성 및 조직 코팅제"라는 명칭으로 2006년 3월 16일 출원된 미국 동일 출원 제11/377,777호의 에 대한 일부 계속 출원 및 우선권을 주장하는 출원이다.
미합중국 연방 보증 조사에 관한 진술(STATEMENT REGARDING FEDERALLY SPONSORED RESEARCH)
적용하지 않음
제휴 조사 동의에 대한 당사자의 성명(NAMES OF PARTIES TO A JOINT RESEARCH AGREEMENT)
적용하지 않음
순서 목록(SEQUENCE LISTING)
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본 발명은 기판 상의 코팅제에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 윤활성 및 이형(release) 특성을 보이는 반영구적 내마모성 코팅제에 관한 것이다. 제한하지는 않지만, 본 명세서에 개시된 코팅제 실시예들은 용융 유리 전달 및 몰딩 부품에서 사용하는데 적합하다.
유리 렌즈, 텔레비젼 등을 위한 스크린 패널과 같은 몰딩된 물품들은 정밀 구성의 굴절 표면 및 고도의 표면 평탄도를 요구한다. 유리병, 용기 등과 같은 다른 유리 물품에 대하여, 표면 평탄도에 대한 필요 조건은 엄격하지 않지만, 약 500℃ 이상의 고온에서 몰딩이 행해져야만 하는 것이 통상의 필요 조건이다. 따라서, 유리 성형을 위해 사용되는 몰드는 고온 용융 유리에 대한 기계적 강도, 내열, 및 화학적 안정성과 같은 화학적 및 물리적 성질 뿐만 아니라, 표면 거칠기, 표면 정밀도 및 확실한 이형과 같은 다른 특성을 가져야만 한다.
용융 유리는 또한 용융로로부터 성형 작업 장소까지 운송된다. 제품에 따라서, 용융 유리는 연속적인 시트, 리본, 별개의 용융체, 덩어리, 및 부분적으로 성형된 부품 또는 녹인 유리 덩이로서 이동할 수 있다. 일관적인 타이밍 및 운반 실행을 유지하기 위하여, 코팅제가 취급 부품 표면에 도포된다. 통상 코팅제는 에폭시 수지에서 흑연 입자들을 함유한다. 이러한 코팅제들은 수일로부터 수주까지의 연속 운전(continuous duty)을 계속 할 수 있다.
수동 또는 자동으로 몰드를 윤활하거나 또는 부품을 운송하는데 몇 개의 중요한 결점들이 있다. 위험한 것 외에, 수동 스윕(hand swabbing)은 기계 메커니즘의 사이클이 허용될 때에 윤활제의 도포를 요구한다. 기계화된 분사 유닛은 기계의 사이클을 복잡하게 하며, 윤활되어야 하는 몰드 부품들은 분사 노즐의 삽입을 위해 그리고 분사 및 성형 사이클을 다시 시작하기 전에 분사 노즐의 제거를 위해 허용된 시간 동안 접근 가능하게 만들어질 것을 요구한다.
수동 또는 자동화된 분무기 스테이션에 의한 몰드 표면에 이형제 또는 윤활제의 도포에 있어서, 몰딩의 하나 이상의 사이클은 스윕 또는 분사 동작에 요구되는 시간 때문에 생략할 수 있다. 분무기 스테이션은 성형 공정의 비용 및 유지에 부가한다. 이러한 것들은 제조성을 저하시키고 비용을 증가시키며, 성형 부분의 불균일한 과잉 또는 불완전한 윤활을 초래할 수 있다.
다수의 특허들이 종래에 이러한 문제들을 취급하도록 시도하였다. 예를 들어, 미국특허 제5,595,639호는 주로 니켈, 및 흑연 과립을 포함하는 니켈 기반 합금 조성물을 유리 성형 몰드의 내부면에 코팅하는 것을 개시한다. 미국특허 제4,747,864호는 시각적으로 매끄러운 질화 티타늄 표면으로 코팅된 유리 성형 몰드를 개시한다. 미국특허 제4,168,961호는 탄화 규소/유리 탄소 혼합물의 성형 표면을 가지는 몰드를 개시한다. 미국특허 제3,244,497호는 내화 질화물, 탄화물, 산화물, 붕소화물 및 붕소화물 복합체로 코팅하는 표면을 가지는 유리 성형 몰드 부품들을 개시한다. 미국특허 제4,139,677호는 탄화 규소 또는 질화 규소의 성형 표면을 제안한다. 미국특허 공개 제2003/0005725호는 크롬 도금 코팅 막과 이어서 규소 화합물을 함유하는 코팅제로 몰드를 코팅하는 것을 교시한다. 미국특허 제3,936,577호 및 RE33,767는 기판 상에 전해 도금에 의해 금속에서의 부수된(concomitant) 미립자 다이아몬드 증착을 위한 방법을 개시한다. 미국특허 제4,906,532호는 다아이몬드가 적어도 2개의 통상 계획 크기를 가지는 무전해 증착(electroless deposition)에 의한 조직 공구를 위한 미립자 다이아몬드 복합 코팅제를 개시한다. 미국특허 제6,309,583호는 다이아몬드를 포함하는 무전해 증착에 의하여 개선된 열 특성을 구비한 복합 코팅제를 만드는 방법을 교시한다. 이 문단에서 열거된 모든 참증들은 참조에 의해 그 전체에 있어서 본원에 통합된다.
오늘날, 가장 현대적인 첨단 제조 유리 용기 공장에서, 윤활성 및 이형 특성을 유지하는데 사용되는 다수 형태의 코팅제들이 있다. 대부분의 이러한 코팅제들에 있어서, 주 이형제는 흑연이다. 흑연은 유리가 용융되는 온도에서 분해하지 않고 시간이 지남에 따라서 높은 정도의 윤활성을 유지하기 때문에 유리 산업에 적합하다.
개선된 마모 및 이형 특성을 가지는 코팅제에 대한 일반적인 필요성과, 유리 성형 부품에서 사용하기 위한 이러한 코팅제들에 대한 특정의 필요성이 있다.
본 발명은 상기된 문제들중 하나 이상을 취급하도록 시도한다.
기판을 위한 내마모 윤활 코팅제들이 청구되고 개시된다. 다양한 실시예들에서, 내마모 윤활 코팅제들은 다공성일 수 있고, 개방 구조를 가지며, 액체를 보유할 수 있다. 본 명세서에서의 특정 코팅제 실시예들은 특히 유리 성형 산업에 적합할 수 있다.
하나의 실시예에서, 코팅제는 함께 부분적으로 융합되는 다수의 금속 코팅된 고체 윤활제 입자를 포함한다. 코팅제는 다수의 기공을 포함하는 표면 토파그라피(topography)를 가진다. 금속성 덧층(overlayer)은 표면 토파그라피에 실질적으로 일치한다. 고체 윤활제 입자들은 예를 들어 흑연, 질화 육방정상 붕소(hexagonal boron nitride), 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐, 마이카, 은 황산염, 요오드화 카드뮴, 요오드화 납, 플루오르화 고형물, 구리, 은, 니켈, 납, 주석, 인듐, 백납, 석회, 활석, 벤토나이트, 금속염, 또는 그 혼합물을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 금속 코팅 윤활 입자들은 니켈 코팅 흑연 입자들을 포함한다. 금속 코팅된 고체 윤활제 입자들은 예를 들어 니켈, 크롬, 코발트, 또는 구리, 또는 그 합금을 포함할 수 있는 금속성 코팅의 제 2 층을 가질 수 있다. 제 2 층은 또한 극연마(superabrasive) 입자, 연마 입자 또는 다른 입자들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에 있어서, 코팅된 고체 윤활제 입자들 사이의 기공은 코팅제의 약 20 내지 약 70 체적%를 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 코팅된 물품은 기판과, 제 1 금속 덧층을 가지는 고체 윤활제 입자들을 포함한다. 입자들은 금속 덧층을 융합하는 것에 의하여 적소에서 유지된다. 윤활 입자들과 제 1 금속 덧층은 기판 상에 코팅을 형성한다. 상기 코팅은 표면 토파그라피를 형성하는 다수의 기공을 가진다. 제 2 층은 실질적으로 상기 코팅의 다공도를 보유한다. 고체 윤활제 입자들은 예를 들어 흑연, 질화 육방정상 붕소, 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐, 마이카, 은 황산염, 요오드화 카드뮴, 요오드화 납, 플루오르화 고형물, 구리, 은, 니켈, 납, 주석, 인듐, 백납, 석회, 활석, 벤토나이트, 금속염, 또는 그 혼합물을 포함할 수 있다. 제 1 금속 덧층은 예를 들어 니켈, 크롬, 코발트, 또는 구리, 또는 그 합금을 포함할 수 있다. 제 2 층은 극연마 입자들을 추가로 포함할 수 있다. 표면 토파그라피의 기공들과 코팅제 내의 기공들은 코팅제의 약 20 내지 약 70 체적%를 포함할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 기판을 코팅하는 방법은 기판 상에 다공성 코팅을 제공하도록 기판에 금속 코팅된 고체 윤활제 입자들을 도포하는 단계와, 열분사된 금속 코팅된 고체 윤활제 입자 위에 제 2 금속층을 동시 증착(co-depositing)하는 단게를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 도포 단계는 상기 기판 상으로 상기 금속 코팅된 고체 윤활제 입자를 열분사하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 동시 증착 단계는 도금을 포함하며 및/또는 상기 제 2 금속층이 상기 다공성 코팅층의 기공들을 실질적으로 유지하도록 한다.
도 1은 제 1 및 제 2 금속 덧층을 가지는 고체 윤활제 입자로 만들어진 코팅제의 단면도.
도 2는 제 1 층 및 제 2 복합층을 가지는 고체 윤활제 입자로 만들어진 코팅제의 단면도.
도 3은 본 발명에서 실시된 코팅제의 제조하는 예시적인 방법의 흐름도.
도 4a 및 도 4b는 코팅제의 실시예의 스캐닝 전자 현미경(10Ox) 사진.
본 발명의 방법, 시스템 및 재료들이 설명되기 전에, 본 발명은 기술된 특정 방법론, 시스템 및 재료들이 변할 수 있음으로써 이러한 것들로 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명에서 사용된 용어들이 단지 특정 형태 또는 실시예들을 기술하는 목적을 위해 기술되며, 범위를 한정하도록 의도되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 첨부된 청구범위에서 사용되는 것으로서, 단수 표현은 문장에서 명확하게 지시하지 않았으면 다수인 것도 포함한다. 부가하여, 용 어 본 명세서에서 사용되는 "포함하는"은 "구비하지만 이에 한정되지 않는" 것을 의미하도록 의도된다. 그 밖에 정의되지 않으면, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 당업자들에 의해 통상 사용되는 동일한 의미를 가진다.
도 1을 참조하여, 기판(15) 상에 코팅제(10)가 증착된다. 한 실시예에서, 기판(15)은 금속 또는 예를 들어 스테인리스 강; MONEL® (Inco Alloys International, Inc.) 및 INCONEL® (Huntington Alloys Corporation)과 같은 니켈 합금; 알루미늄 합금, 및 알루미늄과 같은 그러나 이에 한정되지 않는 무가공(free-machining) 금속과 같은 합금강의 금속 합금을 포함할 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 이러한 금속 및 그 합금의 목록은 기판에 대해 한정하는 것을 의미하지 않는다. 세라믹, 플라스틱, 고무, 유리, 복합물 등과 같으나 이에 한정되지 않는 다양한 재료들로 이루어진 기판이 본 실시예에 포함된다는 것을 인식하여야 한다.
여전히 도 1을 참조하여, 코팅제(10)의 예시적인 실시예는 제 1 코팅제 함유 금속층(20)을 구비한 고체 윤활제 입자(25)를 포함한다. 제 1 코팅제 함유 금속층(20)을 구비한 고체 윤활제 입자(25)들은 다양한 금속 코팅 입자 접촉점(30)에서 서로 부분적으로 융합될 수 있다. 코팅제(10)는 표면 토파그라피를 가질 수 있으며, 한 실시예에서, 코팅제(10)는 기공(35, 36)들을 포함할 수 있다. 기공들은 표면 토파그라피를 만드는 오목부 또는 외부 기공(35)들을 포함할 수 있으며, 기공들은 코팅제의 표면 아래의 내부 기공(36)을 포함할 수 있다. 그러므로, 금속 코팅 윤활 입자들은 다공성 금속 매트릭스 내에 효과적으로 수용된다. 다양한 실시예에 서, 코팅제(10)는 약 1㎛ 내지 약 100㎛, 약 25㎛ 내지 약 100㎛, 25㎛ 이상, 500㎛까지의 평균 두께, 또는 실질적으로 코팅 윤활 입자들의 단층의 두께를 가질 수 있다. 다른 두께도 가능하다.
실시예에서, 입자(25)들은 또한 금속을 포함하는 제 2 코팅층(40)을 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서, 제 2 금속층(40)의 추가는 층의 다공성을 상당히 변경 또는 변화시키지 않는다. 제 2 금속층(40)의 금속은 코팅의 표면 토파그라피 또는 외부 기공(35)에 일치하거나, 또는 상기 표면 토파그라피 또는 외부 기공의 형상을 취하여서, 제 1 금속층을 실질적으로 덮고 코팅제 구조의 다공성을 실질적으로 보유한다. 제 2 금속층은 또한 내부 기공(36)들의 접근 가능한 표면의 일부 또는 전부를 또한 덮을 수 있다. 한 실시예에서, 기공(35, 36)들은 제 2 금속층(40)에 의해 점유되지 않으며, 외부 기공(35)들의 적어도 일부는 제 2 금속층(40)의 추가 후에 대기로의 개방을 유지한다. 또 다른 실시예에서, 기공(35, 36)들은 코팅제(10)의 약 20% 내지 70% 사이의 체적%를 포함할 수 있다.
상기된 바와 같이, 금속 코팅된 고체 윤활제 입자(25)는 금속 코팅 입자 접촉점(30)에서 서로 부분적으로 융합될 수 있다. 임의의 특정한 이론에 의해 유지 또는 한정되기를 원하지 않는 동안, 입자(25)들은 기계적인 상호 록킹, 확산 결합, 및/또는 금속학적 결합에 의해 함께 융합될 수 있으며, 금속층은 부분적으로 용융하여, 경화됨으로써 서로 접합하여, 입자들이 금속층 내의 적소에서 유지되도록 한다. 이러한 결합 메커니즘은 당업자에게 공지되어 있으며, 본 명세서에서 정의되지 않는다. 코팅된 입자 접촉점(30)들에서 금속 코팅 입자를 서로 융합하는 결합의 임 의의 메커니즘은 본 실시예에 포함된다.
본 실시예를 위한 고체 윤활제 입자(25)들은 흑연, 질화 육방정상 붕소, 이황화 몰디브덴, 이황화 텅스텐, 마이카, 은 황산염, 요오드화 카드뮴, 요오드화 납과 같은 층이 진 래티스 고형물(layered lattice solid); Teflon®과 같은 플루오르화 고형물; 구리, 은, 니켈, 납, 주석, 인듐, 백납, 석회, 활석, 벤토나이트와 같은 저 전단 강도 고형물; 요오드화 은과 같은 금속염; 및그 혼합물과 같은 단일 또는 다입자 재료를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
다양한 실시예들에서, 고체 윤활제 입자(25)들은 약 0.1㎛ 내지 약 1000㎛, 약 10㎛ 내지 약 500㎛, 약 50㎛ 내지 약 150㎛, 또는 다른 크기의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 각각의 제 1 금속층(20)과 제 2 금속층(40)은 약 0.1㎛ 내지 약 500㎛, 약 1㎛ 내지 약 100㎛, 적어도 25㎛, 또는 다른 크기의 평균 두께를 가질 수 있다. 위에 열거된 입자 크기 및 금속층 두께 범위는 한정하는 것이 아니며, 다른 입자 크기 및 층 두께가 본 명세서에 기술된 실시예에 포함된다.
다양한 실시예들에서, 제 1 금속층(20) 및 제 2 금속층(40)의 금속들은 니켈, 크롬, 코발트, 또는 구리, 또는 그 합금과 같은 금속들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 금속층과 제 2 금속층은 동일한 금속을 포함할 수 있지만, 다른 실시예들에서, 제 1 금속층과 제 2 금속층은 상이한 금속 또는 금속들의 상이한 조합을 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 제 1 코팅제 함유 금속층(20)은 금속 코팅된 고체 윤활제 입자(25)의 약 50중량% 내지 85중량%를 포함할 수 있다. 고체 윤활제에 대한 금속 코팅제의 다른 비율이 본 실시예에 포함된다.
본 실시예에 적합한 금속 코팅된 고체 윤활제 입자는 예를 들어 상표명 Durabrade, Metco 307 및 308 및 E-FiIl으로 Sulzer Metco에 의해 상업적으로 시판되는 것을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
금속 코팅된 입자들은 다공성 코팅제를 제조하는 임의의 방법을 사용하여 기판에 도포될 수 있다. 한 실시예에서, 금속 코팅된(20) 고체 윤활제 입자(25)는 열 분사 코팅제로서 기판에 도포될 수 있다. 또한 화염 분사 코팅제로서 지칭되는 열분사 코팅제는 당업자에게 공지되어 있다. 간단하게, 열분사 코팅제는 융융 또는 연화된 입자들이 기판 상으로 충돌에 의해 도포되는 공정에 의해 제조되는 것이다.
코팅된 금속 입자들이 기판에 도포된 후에, 제 2 금속 코팅층(40)은 코팅제가 다공성을 유지하는 임의의 동시 증착 방법을 사용하여 코팅된 입자들에 도포될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "동시 증착"은 금속 매트릭스에 분산된 입자들의 동시 증착과 같은 금속 코팅제의 증착 또는 복합(composite) 코팅제의 증착을 지칭한다. 예를 들어, 제 2 코팅층(40)은 도금된 층일 수 있다. 다양한 실시예에서, 도금된층은 전해 도금층일 수 있거나, 또는 대안적으로, 도금된 층은 무전해, 또는 자기촉매(autocatalytic) 도금층일 수 있다. 금속들의 전해도금 및 무전해 도금에 대한 기술은 당업자에게 널리 공지되어 있으며, 제 2 층(40)에 대해 당업자에게 공지된 임의의 도금 기술이 본 실시예에 의해 포함된다.
도 2를 참조하여, 기판(115) 상의 코팅제(100)의 또 다른 예시적인 실시예가 기술된다. 한 실시예에서, 코팅제(100)는 제 1 금속층(120)이 코팅되어 금속 코팅된 입자 접촉점(130)들에서 부분적으로 융합된 고체 윤활제 입자(125)들을 포함하 는 제 1 층을 구비한다. 코팅제는 여전히 외부 기공(135)뿐만 아니라 내부 기공(136)을 포함하는 표면 토파그라피를 가진다. 제 2 층(140)은 코팅제의 표면 토파그라피(135)에 일치하는 복합재를 포함한다. 코팅제(100, 도 2)에 포함된 입자(125)들과 제 1 코팅층(120)의 조성, 구조 및 크기를 위한 선택은 위에 기술된 코팅(10, 도 1)의 실시예들의 제 1 층 및 입자들의 실시예들과 동일하며, 코팅제(100)의 제 1 층의 실시예에 대해 코팅제(10)의 제 1 층 및 입자 실시예들의 설명을 참조하여 기술된다.
다시 도 2를 참조하여, 코팅제(100)의 실시예들에서, 입자(125)들은 제 1 층(120)의 표면 토파그라피에 실질적으로 일치하는 복합재를 포함하는 제 2 코팅층(140)을 구비할 수 있으며, 제 2 층은 또한 내부 기공(136)들의 접근 가능한 표면, 그러므로 제 1 층의 코팅 표면들을 코팅할 수 있는 한편, 상기 코팅 표면의 다공성을 보유한다. 제 2 층의 복합재는 금속 매트릭스(150)에 분산된 입자(145)들을 포함한다. 제 2 층(140) 복합재의 금속 매트릭스(150)는 니켈, 크롬, 코발트, 또는 구리, 또는 그 합금들을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 제 2 층 복합재(145)는 금속 매트릭스 도처에 분산된 임의의 다양한 입자(145)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입자(145)들은 극연마 입자, 연마 입자, 및 그 혼합물을 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 입자(145)들은 인조 다이아몬드, 천연 다이아몬드, 질화 붕소 입방체, 및 그 혼합물과 같은 극연마 입자들을 포함할 수 있다. 극연마재는 약 3000㎏/MM3 이상, 또는 선택적으로 약 3200㎏/MM3 이상의 비커스 경도를 가지는 임의의 재료이다. 당업자에게 현재 또는 이후에 공지되는 임의의 극연마 입자들은 본 실시예의 범위 내에 있는 것이다. 본 실시예의 극연마 입자들은 약 0.1㎛ 내지 약 lO㎛, 약 2㎛ 내지 약 8㎛, 또는 다른 크기의 지름을 가질 수 있다. 입자(145)들은 또한 예를 들어 Teflon®및 다른 폴리머, 고체 윤활제, 부식 방지제, 염료, 및 입자들의 혼합물을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 제 2 코팅층(140)은 약 0.1㎛ 내지 약 500㎛, 약 1㎛ 내지 약 100㎛, 적어도 25㎛, 또는 다른 크기의 평균 두께를 가질 수 있다.
금속 코팅된 입자들은 열분사 방법에 의한 것과 같은 다공성 코팅을 만드는 임의의 방법을 사용하여 기판에 도포될 수 있다. 제 2 층은 도금에 의한 것과 같은 코팅이 다공성을 유지하는 임의의 방법을 사용하여 코팅 상에 및 코팅 내에 동시 증착될 수 있다. 분산된 입자들을 구비한 금속의 도금층을 포함하는 도금된 복합층들을 만드는 방법은 예를 들어 그 개실물이 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합되는 미국특허 제4,997,686호 및 제5,145,517호에 대체로 기술되어 있다.
일부 실시예들에 있어서, 복합 제 2 층(145)의 추가는 제 1 층(120)의 다공성을 상당히 변경 또는 변화시키지 않는다. 제 2 층(145)의 복합재는 제 1 코팅층의 표면 토파그라피 또는 외부 기공(135)들의 형상에 실질적으로 일치하거나 형상을 취하며, 또한 내부 기공(136)의 접근 가능한 표면에 일치하거나 코팅할 수 있다. 한 실시예에서, 대부분의 기공(135, 136)들은 복합 제 2 층(140)에 의해 상당히 점유되지 않으며, 외부 기공(135)들은 제 2 층(145)의 추가 후에 대기로 개방한 상태를 유지한다. 또 다른 실시예에서, 기공(135, 136)들은 코팅제(100)의 약 20체 적% 내지 약 70체적%를 포함할 수 있다.
도 3을 지금 참조하여, 기판 상에서 코팅을 만드는 예시적인 방법(200)은 기판 상으로 금속 코팅된 고체 윤활제 입자들을 열분사하는 것과 같은, 금속 코팅된 입자들이 다공성 코팅층을 제공하는 것을 허용하는 임의의 방법을 사용하여 기판에 금속 코팅된 윤활제 입자들을 도포하는 단계(210)를 포함한다. 열분사는 금속 코팅된 입자들이 가열 및 분사 또는 화염 분사 방법과 같이 코팅을 형성하도록 용융 또는 반용융 상태로 증착되는 임의의 코팅 또는 용접 공정을 포함할 수 있다.
제 2 금속층은 그런 다음 코팅층이 다공성을 유지하도록 금속 코팅된 고체 윤활제 입자들 위에 동시 증착(220)될 수 있다. 선택적으로, 제 2 금속 층은 금속 매트릭스 내에 극연마 입자, 연마 입자, 또는 다른 입자들을 포함한다. 전해 도금 또는 무전해 도금과 같은 임의의 적절한 동시 증착 방법이 사용될 수 있다. 선택적으로, 코팅 후에, 작업편은 임의의 적절한 용액으로 헹구어지고, 공기 또는 적절한 열의 도움으로 건조된다(230).
부가하여, 작업편(240 또는 241)을 조정하는 것이 필요할 수 있다. 조정(conditioning)은 추가의 기계적 또는 화학적 처리를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 조정은 고체 윤활제 입자들의 부분들을 대기로 노출시키기 위하여 제 1 금속층의 일부의 연마(단계 241에서 도시된 바와 같이 제 2 층의 도포 전에), 또는 제 2 층의 연마(단계 242에 도시된 바와 같이), 또는 두 단계 모두를 포함할 수 있으며, 그러므로, 코팅의 윤활성 및 이형 특성을 증가시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 것은 코팅의 표면 위에 샌드페이퍼 또는 미세 연삭 또는 호닝 스 톤(honing stone)을 문지르는 것에 의해 달성될 수 있다. 코팅을 연마하는 다른 방법들은 당업자에게 공지되어 있다. 이러한 실시예는 또한 코팅에 존재하게 될 수 있는 임의의 큰 거칠음을 감소 또는 제거할 수 있다.
다양한 실시예들에 있어서, 고보 디플렉터(gob deflectors), 블랭크 몰드, 마무리 몰드, 목부 링, 배플, 바닥 플레이트, 플런저, 고보 나이프, 포켓 롤, 및 오리피스 플레이트와 같은 유리 성형에 사용되지만 이에 한정되는 것은 아닌 마모 설비가 또한 본 실시예로 코팅될 수 있다. 다른 표면 및 기판들은 또한 본 실시예를 사용하여 코팅될 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에서, 니켈 코팅된 흑연 입자들은 열분사 공정을 사용하여 고보 디플렉터 슈트와 같이 기판 상에 코팅된다. 열분사 코팅의 기계적 완전성은 열분사의 외부 구조에 무전해 니켈, 또는 전해 니켈의 층 및 다이아몬드(또는 cBN)을 이어서 추가하는 것에 의해 개선될 수 있다. 한 실시예에서, 열분사 코팅은 아주 다공성이며; 복합 전해 니켈/다이아몬드 코팅은 니켈 흑연 입자의 표면을 모두 코팅의 구조 내의 더욱 깊이 코팅할 수 있다. 다공성 특성 때문에, 코팅제는 상당한 양의 물을 보유할 수 있으며, 물은 유리 산업에서 용융된 유리 접촉 표면에 유용한 성질이 있다. 코팅제 실시예의 다공성 특성에 더하여, 코팅된 고체 윤활제 또는 흑연 입자들은 또한 용융된 유리에 대해 비유성(non-wetting) 표면을 제공할 수 있다. 이러한 속성은 용융된 유리가 코팅이 담금질되기 전에 코팅에 부딪히는 것을 방지할 수 있다.
추가의 실시예에서, 복합 코팅제는 니켈 흑연 입자들의 크기보다 작은 상대 두께로 유지된다. 이 실시예에서, 전체적인 코팅은 복합재 전해 니켈 다이아몬드가 도포된 후에도 다공성 구조를 유지할 수 있다.
실시예
도 4a 및 도 4b를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 내마모 윤활제 코팅의 스캐닝 전자 현미경 사진(SEM)이 제공된다. 강판들은 니켈-흑연 코팅제로 코팅된다. 코팅에 앞서, 강판의 표면은 어떠한 표면 유지(grease)도 제거하도록 알코올로 세척되었으며, 그런 다음 표면 거칠기를 유도하도록 #30 산화 알루미늄 분말로 그릿 블라스팅(grit-blast)되었다. Metco 450 열분사 코팅의 베이스 층은 니켈-흑연 층의 결합을 위해 대략 0.002인치로 도포되었다. 사용된 니켈-흑연 분말은 Sulzer Metco에 의해 상업적으로 시판되는 307NS이었다. 이러한 분말은 Sulzer Metco에 의해 추천되는 시스템 파라미터와 함께 옥시-아세틸렌 가스를 사용하는 Type 5P를 사용하여 도포되었다. 니켈-흑연 층은 0.004인치 및 0.015인치로 도포되었다. 니켈 흑연 층을 구비한 강판은 미국특허 제4,906,532호에 개시된 바와 같고 미국, 뉴저지, 트렌톤에 소재한 Surface Technology Inc,에 의해 상업적으로 적용되는 복합 다이아몬드 코팅제를 적용하는 것에 의하여 추가 처리되었다. 이 예에서 복합재 코팅은 전해 니켈 매트릭스에서의 8미크론 다이아몬드 입자를 사용하였다. 합치하는 복합 다이아몬드 코팅제의 두께는 약 20미크론이었다. 도 4a 및 도 4b에서 알 수 있는 바와 같이, 코팅된 입자들은 기판 상의 다공성 코팅을 형성한다.
복합 극연마 코팅층을 가지는 실시예들은 제 1 금속 코팅된 고체 윤활제 층을 가지는 실시예들은 제 1 금속 코팅된 고체 윤활제 층에 내연마성을 부가할 수 있다. 내연마성은 당업자에게 공지된 테이버 마모 시험(Taber Wear Test)으로부터 유래되는 테이버 마모값으로 측정될 수 있다. 부가의 복합 다이아몬드 코팅제(composite diamond coating, CDC)에 의한 니켈 흑연 분사 코팅 및 니켈 흑연 열분사 코팅의 테이버 마모값은 표 1에 제공된다. 낮은값은 보다 양호한 내마모성을 지시한다. 표 1의 결과로부터, CDC 코팅은 니켈 흑연 열분사 코팅의 내연마성 또는 내마모성을 개선한다는 것이 명확하다.
| 부가의 복합 다이아몬드 코팅(CDC)에 의한 니켈 흑연 분사 코팅 및 니켈 흑연 열분사 코팅의 테이버 마모값 | |
| 코팅제 | 테이버 마모 지수(1000사이클 당 mg 손실) |
| 니켈 흑연(NG) | 536 |
| NG+CDC | 21 |
유리 담금질 몰드 상에서의 높은 보습성(water retention)은 유리 제품의 효과적인 성형을 위하여 필요한 양이다. 보습성은 윤활을 돕고 유리 담금질 몰드 및 다른 유리 성형 설비의 이형 특성을 돕는다. 보습성 테스트는 유리 몰드를 위해 사용될 수 있는 기판의 보습성을 측정하여, 유리 성형 산업에서 현재 사용되는 재료로 된 기판의 보습성과 비교하도록 개발되었다. 상기 테스트는, 2 ×3.5인치 크기이고 한쪽 면이 코팅되며 0의 등급에서 찢어지는 테스트 패널의 계량화(weighing)를 수반한다. 테스트 패널은 그런 다음 물 비이커의 통상 수면까지 물에 침지된다. 패널이 제거되고, 잉여의 물은 버려지며, 패널은 즉시 계량된다. 보유된 습기의 질량이 기록된다. 패널들은 1분동안 직립 위치에서 직립하고, 그런 다음 다시 계량된다. 일련의 직립 및 계량은 7분 동안 반복된다. 7분의 테스트 후에 보유된 물의 양은 보고된다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 50㎛ 크기의 흑연 입자와 8㎛ 크기의 다이아몬드 입자(CDC-TS50), 및 도 4b에 도시된 바와 같이 100㎛ 크기의 흑연 입자와 8㎛ 크기의 다이아몬드 입자(CDC-TSlOO)를 구비한 내마모성 코팅제는 코크 기판과 함께 보습성 테스트를 받았다. 내마모성 테시트의 결과는 표 2에 나타나 있으며, 실시된 내마모성 윤활 코팅제의 보습성이 현재의 유리 성형 작업에서 사용된 표준 코크 수지 코팅제와 비교 가능하다.
| 현재 사용되는 유리 담금질 몰드와 내마모성 윤활 코팅제에 대한 보습성 테스트 결과 | |
| 샘플 | 보습성(g) |
| 코크 | 0.47 |
| CDC-TS50 | 0.33 |
| CDC-TS100 | 0.38 |
상기된 다양한 실시예 및 다른 특징 및 기능, 또는 그 대안은 많은 다른 상이한 시스템 도는 적용으로 필요하게 조합될 수 있다는 것을 예측할 것이다. 또한, 당업자에 의해 이후에 만들어질 수 있는 현재 예측 또는 예상하지 못하는 다양한 대안, 변경, 변형 또는 개선 또한 다음의 특허청구범위에 의해 포함되도록 의도된다.
Claims (20)
- 부분적으로 서로 융합되고, 다수의 기공들을 포함하는 표면 토파그라피를 가지는 다수의 금속 코팅된 고체 윤활제 입자; 및상기 표면 토파그라피에 실질적으로 일치하는 금속 덧층을 포함하는 코팅제.
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속 코팅된 고체 윤활제 입자들은 니켈 코팅된 흑연 입자들을 포함하는 코팅제.
- 제 1 항에 있어서, 제 2 층의 금속은 니켈, 크롬, 코발트, 또는 구리, 또는 그 합금들을 포함하는 코팅제.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기공들은 상기 코팅제의 약 20체적% 내지 약 70체적%를 포함하는 코팅제.
- 제 1 항에 있어서, 상기 금속 덧층은 금속 매트릭스에 있는 다수의 입자들을 포함하는 코팅제.
- 제 5 항에 있어서, 상기 매트릭스에 있는 상기 다수의 입자들은 극연마 입자를 포함하는 코팅제.
- 제 1 항에 있어서, 상기 고체 윤활제 입자들은 흑연, 질화 육방정상 붕소, 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐, 마이카, 은 황산염, 요오드화 카드뮴, 요오드화 납, 플루오르화 고형물, 구리, 은, 니켈, 납, 주석, 인듐, 백납, 석회, 활석, 벤토나이트, 금속염, 또는 그 혼합물을 포함하는 코팅제.
- 기판;제 1 금속 덧층을 가지며 상기 제 1 금속 덧층의 융합에 의해 적소에서 유지되는 다수의 고체 윤활제 입자들로서, 상기 다수의 고체 윤활제 입자들과 상기 제 1 금속 덧층은 상기 기판 상에 기공들을 포함하는 표면 토파그라피를 가지는 코팅제를 형성하는 다수의 고체 윤활제 입자들; 및상기 제 1 금속 덧층의 표면을 실질적으로 코팅하며 상기 기공들을 실질적으로 보유하는 제 2 층을 포함하는 코팅물.
- 제 8 항에 있어서, 상기 고체 윤활제 입자들은 흑연, 질화 육방정상 붕소, 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐, 마이카, 은 황산염, 요오드화 카드뮴, 요오드화 납, 플루오르화 고형물, 구리, 은, 니켈, 납, 주석, 인듐, 백납, 석회, 활석, 벤토나이트, 금속염, 또는 그 혼합물을 포함하는 코팅물.
- 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 금속 덧층은 니켈, 크롬, 코발트, 또는 구리, 또는 그 합금들을 포함하는 코팅물.
- 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 층은 니켈, 크롬, 코발트, 또는 구리, 또는 그 합금들을 포함하는 코팅물.
- 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 층은 입자들을 추가로 포함하는 코팅물.
- 제 8 항에 있어서, 상기 기공들은 상기 코팅제의 약 20체적% 내지 약 70체적%를 포함하는 코팅물.
- 기판을 코팅하는 방법으로서,상기 기판 상에 다공성 코팅층을 제공하도록 상기 기판 상에 금속 코팅된 고체 윤활제 입자들을 도포하는 단계; 및열분사된 금속 코팅된 고체 윤활제 입자들 위에 제 2 금속층을 동시 증착하는 단계를 포함하는 기판 코팅 방법.
- 제 14 항에 있어서, 상기 동시 증착 단계는 도금하는 단계를 포함하는 기판 코팅 방법.
- 제 14 항에 있어서, 상기 동시 증착 단계는 상기 제 2 금속층이 상기 다공성 코팅층의 기공을 실질적으로 유지하도록 하는 기판 코팅 방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 도포 단계는 상기 기판 상으로 상기 금속 코팅된 고체 윤활제 입자들을 열분사하는 단계를 포함하는 기판 코팅 방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 고체 윤활제 입자들은 흑연, 질화 육방정상 붕소, 이황화 몰리브덴, 이황화 텅스텐, 마이카, 은 황산염, 요오드화 카드뮴, 요오드화 납, 플루오르화 고형물, 구리, 은, 니켈, 납, 주석, 인듐, 백납, 석회, 활석, 벤토나이트, 금속염, 또는 그 혼합물을 포함하며;상기 고체 윤활제 입자들은 니켈, 크롬, 코발트, 또는 구리, 또는 그 합금들로 코팅되는 기판 코팅 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 금속층은 니켈, 크롬, 코발트, 또는 구리, 또는 그 합금들을 포함하는 기판 코팅 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 금속층은 입자들을 포함하는 기판 코팅 방법.
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